Anteny w sieciach WLAN cz. 1

Choć proces produkcji anten dla bezprzewodowych sieci internetowych nie wymaga od inwestora znaczących nakładów finansowych i technologicznych, a w internecie z łatwością można znaleźć instrukcje samodzielnego wykonania anteny, to warto poznać różne aspekty technik antenowych, rodzaje profesjonalnych anten, ich właściwości oraz parametry (faktyczne i marketingowe) oferowane przez producentów.

Dynamiczny rozwój łączności bezprzewodowej spowodował, że w ostatnich latach pojawiło się wielu nowych dostawców, wypełniając niszę na rynku producentów sprzętu przeznaczonego do bezprzewodowego dostępu do internetu - głównie anten. Firmy te mają różny rodowód. Wśród nich znajdują się doświadczeni producenci sprzętu elektronicznego i telekomunikacyjnego, małe organizacje, które rozwinęły działalność, zaspokajając najpierw własne potrzeby, a następnie zwiększając wolumen produkcji, oraz takie, które zostały założone w ostatnich latach, od początku nastawione na produkcję tego typu sprzętu.

Anteny w sieciach WLAN cz. 1

Antena panelowa o dużym zysku; Antena dookólna; Antena sektorowa.

Proces produkcji anten dla bezprzewodowych sieci internetowych nie wymaga od inwestora znaczących nakładów finansowych i technologicznych. W internecie można znaleźć wiele instrukcji samodzielnego wykonania anteny, przy kosztach nieprzekraczających kilkunastu lub kilkudziesięciu złotych. Nawet przy niewielkich zdolnościach manualnych można cieszyć się własnoręcznie wykonaną anteną przykładowo z kawałka drutu, puszki po groszku i złącza kupionego w sklepie internetowym za 5 zł (+ koszty wysyłki). Po podłączeniu jej do routera lub karty sieciowej okazuje się, że działa. Jeżeli za kryterium przyjmiemy, że antena ma działać, to właściwie możemy włożyć w złącze antenowe routera kawałek miedzianego drutu o odpowiedniej długości i jest duże prawdopodobieństwo, że też nawiążemy łączność. Możliwe, że uzyskamy ją również na bardzo krótkich dystansach bez anteny. Dlatego też wydaje się uzasadnione, by zapoznać się bliżej z antenami, często traktowanymi jako "Black-box", bez wnikania w ich rzeczywiste parametry.

Zwykle klient detaliczny lub niewielka firma zajmująca się instalacją sieci WLAN, ze względu na brak dostępu do dość drogiego sprzętu, nie są w stanie poprawnie zweryfikować parametrów anten. Pozostaje tylko zaufać producentowi i danym przez niego podawanym. Producent może dążyć do tego, by parametry podane przy jego produkcie były lepsze niż te u konkurenta. Jeżeli czyni to rozwijając produkt, to dobrze dla wszystkich. Niektórzy jednak ograniczają się do naniesienia "odpowiednich" poprawek w katalogach lub na stronach internetowych.

Do budowy anten wykorzystuje się różne techniki. Buduje się anteny falowodowe ze szczelinami. Ich wadą są stosunkowo duże koszty oraz waga, zaletą - niewielkie straty i powtarzalność. Anteny typu Yagi oraz tzw. anteny kolinearne składane z odcinków linii współosiowej wymagają dużej dokładności przy łączeniu ich poszczególnych części, tak więc poszczególne produkty mogą różnić się między sobą parametrami. Dobrym rozwiązaniem są anteny wykonane na laminacie mikrofalowym lub wykorzystujące laminat FR4 (powszechnie stosowany do płytek PCB) i technikę linii podwieszonej. W tego typu antenach straty są niewielkie i uzyskuje się dużą powtarzalność parametrów elektrycznych. Zabezpieczenie miedzianych ścieżek przed wpływem czynników zewnętrznych zwykle w niewielkim stopniu zwiększa straty sygnału. Jest to jednak konieczne, gdyż w dłuższej perspektywie czasowej zabezpiecza anteny przed uszkodzeniem w wyniku korozji.

Parametry opisujące anteny

Anteny w sieciach WLAN cz. 1

Miara decybelowa

Pasmo pracy (frequency band) obejmuje zakres częstotliwości (kanałów), w którym antena spełnia założony zespół kryteriów. W paśmie pracy antena powinna przyjmować nominalne wartości parametrów elektrycznych.

WFS to Współczynnik Fali Stojącej, często stosuje się również angielskie określenie VSWR (Voltage Standing Wave Ratio). Znajomość wartości WFS anteny pozwala określić, jak dużo mocy wchodzi do anteny, a jaka jej część wraca z powrotem do nadajnika. Parametr ten przyjmuje wartości większe lub równe 1. Im większa wartość WFS, tym mniej mocy wchodzi do anteny i może być wypromieniowanej. W tabeli przedstawiono przykładowe wartości WFS, innych wykorzystywanych wielkości, takich jak współczynnik odbicia i odpowiadające im poziomy mocy odbitej i wchodzącej do anteny.

Przypadek WFS = 1 jest mocno wyidealizowany, praktycznie anteny dla pojedynczych punktów pasma częstotliwości mogą osiągać wartości bliskie 1. Dla większości anten producenci i sprzedawcy podają wartość WFS poniżej 1,5 - odpowiada ona niewielkiemu poziomowi mocy "odbitej" od anteny. Wzrost wartości WFS powoduje, że spada efektywnie sprawność anteny i jej zysk energetyczny. Ponadto istnieje zagrożenie, że moc która powróci do nadajnika będzie wystarczająca, by go uszkodzić. W przypadku kart WLAN moc nadawana jest niewielka (rzędu setek miliwatów), a karty dodatkowo zabezpieczone. WFS na poziomie 2, a nawet 2,5 można uważać za zadowalający i przy niewielkich mocach nie powinien on doprowadzać do uszkodzenia urządzeń.

Zysk anteny

Anteny w sieciach WLAN cz. 1

Przykładowe wartości WFS

Co się kryje za pojęciem "zysk" anteny, które możemy znaleźć w katalogach prezentujących anteny? Wyróżnia się dwa rodzaje zysku: energetyczny i kierunkowy. W języku angielskim wielkości te nazywa się odpowiednio jako gain i directivity. Różnica pomiędzy tymi parametrami jest dość znacząca.

Zysk energetyczny określa się jako stosunek gęstości mocy wypromieniowanej przez antenę w danym kierunku do gęstości mocy wypromieniowanej przez identycznie zasilaną antenę odniesienia - zwykle antenę izotropową (antena hipotetyczna, która w każdym kierunku promieniuje tak samo). Zysk energetyczny uwzględnia straty w antenie, które wynikają z zastosowanych materiałów i technologii (straty wtrąceniowe) oraz poziomu WFS (straty odbiciowe).

Zysk kierunkowy jest określany dla zerowych strat na podstawie charakterystyki promieniowania i jest zawsze większy od zysku energetycznego. Przykładowo, zakładając, że straty w antenie wynoszą 1 dB, a WFS = 2, to różnica między zyskiem kierunkowym a energetycznym będzie wynosić 1,512 dB (1 dB + 0,512 dB).

Zysk energetyczny można zmierzyć. Aby wykonać to z dużą dokładnością, wymaga to specjalnego wyposażenia, wielokrotnie droższego niż to służące do pomiaru WFS. W Polsce jedynie kilka instytucji i firm ma możliwość przeprowadzenia takich pomiarów z dużą dokładnością. Błąd pomiaru zysku, w zależności od metody i sprzętu, waha się w granicach od dziesiątych części dB do kilku dB. Ze względu na dość wysokie koszty, niewielu producentów decyduje się na pomiary rzeczywistych parametrów swoich produktów. Często ograniczają się do pomiarów dokonywanych samodzielnie, bazując na odczytach z kart radiowych i porównując je z wynikami uzyskanymi dla innych anten o "znanym" zysku. Dysponując generatorem sygnałów mikrofalowych i analizatorem widma, można takie pomiary przeprowadzić z większą dokładnością.

Anteny wąskopasmowe stosowane w sieciach WLAN

1. bazowe:

- dookólne umożliwiające pokrycie w azymucie wynoszące 360o,

- sektorowe z szeroką wiązką w azymucie;

2. klienckie o wąskiej charakterystyce w azymucie i elewacji i średnim zysku;

3. anteny do zestawiania połączeń typu p2p o wąskiej charakterystyce w azymucie i elewacji i dużym zysku (mogą być również stosowane jako anteny klienckie);

4. anteny specjalistyczne - np. dwupolaryzacyjne lub o sterowanej szerokości wiązki.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200